KR810000164B1 - 합성수지를 원료로 하는 압연휠름의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

합성수지를 원료로 하는 압연휠름의 제조방법

첨부도면은 본 발명의 제조방법에 이용되는 장치의 예시도.

본 발명은 결정성 열가소정 합성수지 특히 폴리오레핀과 같은 결정성 열가소성 합성수지로부터 양측으로 신장된 휠름을 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 방법과 장치에 의하여 제조된 폴리오레핀의 휠름은 신장된 상태와 강도는 양측방향이 대략 동일하거나 횡방향보다는 종방향이 더 커져야 하는 것이다.

먼저 종방향으로 신장하고 그 다음 횡방향으로 신장하여 주는 방법은 종래에도 알려져 있었으나 특히 폴리오레핀과 같은 결정성 열가소성 합성수지의 경우 종방향으로 신장한 후에는 찢어질 우려가 있어 횡방향으로 신장 시킬 수 없기 때문에 종방향의 이상적인 신장이 불가능하였다.

폴리오레핀 휠름의 경우에 양측으로 신장된 비율이 1:7일 때 양쪽으로 동일하고 최적의 물리적 특성을 갖는다. 지금까지는 폴리프로필렌 휠름을 나중에 횡방향으로 신장하여야 할 경우 종방향으로 신장된 비율이 1:5.6을 초과할 수 없는 실정이다.

양측 방향으로 신장된 다른 휠름들은 동시에 종방향 및 횡방향으로 신장되었으나, 이 경우에 넓은 휠름판은 견착장치(grippingdevice)에 의하여 횡방향으로 당겨져 안내된다. 이 때 계속하여 종방향으로 신장하면 견착장치의 간격이 멀어져서 견착장치를 사이의 휠름막에는 마치 ＂목＂부분과 같이 움푹 들어간 형태를 갖게되며 이렇게 가장자리가 휘어져 있는 부분은 불균형한 힘의 분포를 갖고 있어서 절단하여 버리게 된다. 따라서 결과적으로 완성된 제품의 넓이에 무려 30%에 이르는 재료의 손실을 가져오게 되는 것이다.

시중에 상품으로 공급되고 있는 양측으로 신장된 휠름들은 종방향 및 횡방향으로 연속하여 신장되었거나 양측방향으로 동시에 신장된 것으로서, 신장도나 인장력(tensile strength)이 종방향에 있어서 횡방향에 비하여 더 작다.

이들 휠름은 종방향으로 보다 높은 강도와 작은 팽창이 요구되는 용도, 예를 들면 접착테프 또는 백(bag)모양의 포장용기 제조에 사용되는 휠름과 같이 접착제의 피복 및 인쇄작업을 위하여 필요시에 인장력을 가하면서 반복하여 풀어주거나 다시 감아주는 동안 거의 팽창하지 않아야 하는데, 이와같은 용도에 있어서 그 가공이 곤란하거나 경우에 따라서는 그 가공이 전적으로 적합치 못하다.

휠름의 배향(配向)을 일으키는 온도에서 신장시키므로서 휠름의 기계적 특성을 향상시키는 방법이 알려져 있다. 비결정성 합성수지 재료에 대해서 이들 온도는 열가소성 범위의 온도들이며, 결정성 재료일 때에는 결정성 용해접 근처(온도)에서 신장하므로서 배향이 달성된다.

본 고안은 휠름판을 양쪽 방향으로 신장시키므로서 열가소성 물질로 된 휠름의 성질을 향상시키기 위한 방법을 제공하여 주는바, 이러한 방법은 휠름을 배향을 이르키는 온도에 맞추어 주고, 최초단계에서 휠름을 종방향으로 부분적으로 신장시키고, 그 다음 제2단계에서 동일한 배향온도하에서 동시에 양측방향으로 신장시키는 것으로서, 이때 나머지의 종방향 신장도와 전체의 횡방향신장도를 달성하게 되며, 신장시 생긴 배향을 동결시키기 위하여 신장된 휠름을 냉각시키게 되어 있다.

즉, 종방향으로 가하여 주는 제1차의 신장도는 전체 신장길이의 25-50%가 적당하다. 가공과정의 조건이나 재료의 변화의 차이를 보정하기 위하여 제1단계에서의 신장도는 변경될 수도 있으며 이에 반하여 제2단계에서는 양측방향의 신장도가 일정하게 된다.

본 발명의 방법을 실시하므로서 양 단계에서 휠름의 종방향 신장은 제2단계에서 달성되는 횡방향과 동일한 전체 종방향 배향을 일으킬 수 있으며, 이때 특히 양쪽 방향의 배향은 최대치가 된다.

본 발명의 제조방향을 변경시키므로서 양단계에서 휠름이 전체의 종방향 배향으로 신장되며, 이것은 횡방향 배향보다 높은 것이다.

이 제조방향은 오레핀의 동(同) 중합체 및 공(共) 중합체와 같은 열가소성 물질, 예를들면 폴리에치렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리아미드, 폴리에스테르 즉 폴리에티렌 테레프타레트 및 할로겐화 오레핀의 동중합체 및 공중합체, 예를들면 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리스틸렌, 폴리카보네이트 등으로 실시될 수 있다. 열가소성물질은 가소제, 충전제, 안정제, 염료등과 같은 보통의 첨가제를 포함할 수 있다. 특수한 실시예에서는 이 방법은 폴리프로필렌 휠름의 특성을 향상시키기 위하여 사용된다. 이 재료들을 제1단계에서 폴리프로필렌의 결정용해접 근처의 온도에서 1:2 - 1:5정도로 종방향으로 신장하고 제2단계에서는 동시에 횡방향으로 폴리프로필렌의 결정용해점 근처의 온도에서 1:5 내지 1:7 이내로, 종방향으로는 전체 신장도가 1:7 내지 1:10까지 신장시켜 휠름면적의 총 신장도는 1:44 내지 1:50이 되게한다. 폴리프로필렌 휠름이 신장되는 총 면적은 사용된 원료와 첨가제 및 적용된 온도에 따라 결정된다. 통상 폴리프로필렌에서는 1:49의 비율이 최대치로 생각되는데 이 최대치는 휠름의 두께를 균일하게 해주고 최적의 물리적 특성을 주게 된다.

흔히 사용되는 실시예에 있어서 종방향의 특성을 증진시키기 위한 폴리프로필렌의 휠름이 양단계에서 종방향으로 약 1:8, 횡방향으로 약 1:6의 총신장도로 신장되었다.

양측방향으로 동일하게 균형잡힌 특성을 가지는 휠름이 필요할 경우 제1단계에서 종방향 신장은 1:3.5, 제2단계에서는 1:2로 그리고 횡방향의 신장은 제2단계에서 1:7로 한다.

본 발명은 또한 양측으로 휠름을 신장하여 주므로서 열가소성 합성수지 재료로된 휠름의 물리적 특성을 향상시켜 주는 장치를 이용하는 방법에 관한 것으로서, 이 장치는 휠름이 신장되는 동안 휠름을 집어올리고 배향을 일으키는 온도로 휠름을 조절하고 유지하여 주는 장치들과 종방향 신장을 위한 제1신장장치 및 양측방향으로 신장하기 위한 제2신장장치 그리고 양쪽 방향으로 신장된 휠름을 냉각시키는 장치들을 포함하고 있는 바, 제1신장장치에서는 휠름이 접촉로울러들에 의해서 운반 이동되며 이 로울러들은 각각 앞의 것보다 빠른 속도로 회전하고 제2신장장치에서는 견착장치들이 휠름의 가장자리를 집어물고 서로 벌어지므로서 양측방향으로 휠름을 동시에 신장하도록 되어 있다.

제2단계에 신장장치의 견착장치들은 접증(접增)하는 핏치(pltch)를 갖고 있는 스핀들에 의해서 작동될 수도 있으며, 이때 견착장치의 속도가 종방향으로 1:2의 속도로 증가함으로서 1:2의 종방향 신장이 이루어지는 한편 횡방향 신장은 견착장치들의 진로를 따라서 움직이면서 휠름의 가장자리를 집어 물고 간격이 벌어지므로서 달성된다. 두쌍의 견착장치들의 진로 사이의 각도는 필요시 변경될 수 있으나 스핀들 들의 핏치와 회전속도는 일정하게 유지될 수 있다. 견착장치들이 스핀들에 의해서 안내되는 대신에 속도가 접증하는 선형모터(linearmotor)들에 의해서 작동될 수도 있다.

제1단계에서의 종방향 신장도를 변경시키므로서 공정상에서의 변동을 보정하기 위하여 제1신장 장치의 로울러 속도를 무제한으로 변화시킬 수 있다.

첨부도면은 본 발명에 따르는 제조과정을 실시하는 방법과 본 발명에 따르는 열가소성 합성수지 휠름의 제조에 사용되는 장치로서 첨부도면에 따라서 그 내용을 설명하면 다음과 같다.

즉, 종방향으로 신장시키는 제1신장 장치와 양측방향으로 당겨주기 위한 제2의 신장장치로 이루어져 있는데, 제2신장장치에서는 종방향과 횡방향으로 동시에 신장시키기 위하여 서로 반대방향으로 움직이는 견착장치에 의하여 휠름의 가장자리 부분이 물려서 당겨지며 그 다음 양측으로 신장된 휠름을 냉각시키는 장치가 되어 있다.

사출기(1)에서 용융된 열가소성 합성수지는 넓게 찢어진 노즐(2)을 통하여 사출되어 냉각시린더(3)로 이송되는데, 이 냉각시린더는 여러개의 시린더들이 직열로 연결되어 있다. 그림에는 표시되어 있지 않으나 휠름을 펴주게 하는 다리미 장치를 동시에 사용하면 더욱 좋다. 마지막 냉각시린더를 떠난 후에 열가소성 합성수지휠름(4)은 신장에 필요한 열가소성합성수지 재료의 열가소성 또는 결정성 용융온도 보다 훨씬 낮은 온도를 갖고 있다. 휠름은 몇 개의 재래식 보조장치와 그림에 표시되어 있지 않은 예열지대(pre-heating zone)를 통과한 후에 휠름은 종방향 신장장치(5)에 도착하는데 이 장치는 각기 상이한 속도로 회전하거나 회전속도를 무제한으로 가변시킬 수 있는 실린더들로 이루어져 있다.

예를 들어 상기 종방향 신장장치(5)는 3개의 시대(zone)로 구분하여 배열되어 있는 무제한으로 속도변화가 가능한 10개의 시린더로 이루어져 있다.

첫 번째 지대에서는 시린더들을 가열시켜서 휠름을 가열하여 준다.

제2지대의 시린더들(본래의 신장지대)은 템퍼링(tempering)시킬 수 있는 반면에 제3지대 시린더들은 냉각시킬 수 있다.

이 휠름이 계속 전진하여 냉각 부분을 통과한 후 위에서 언급한 바와 같이(도시되어 있지 않음)적절한 보조장치를 따라서 전진하게 되며 이 종방향 신장장치를 떠난후에 다음 장치로 옮겨져서 동시에 양측으로 신장되는 이 장치는 하나의 예열지대(6), 하나의 동시 신장지대(7)와 하나의 텀버링 및 고착지대(8)로 이루어져 있다.

상기 동시 신장 장치에서, 열가소성 합성수지 휠름은 견착장치라고 불리우는 안내장치(도시되어 있지 않음)에 의하여 양쪽 가장자리들이 물려서 예열지대(6)를 통하여 신장되며 여기서 휠름은 요구되는 최종온도로 가열된다.

한편 제1단계에서 종방향으로 신장한 후에 배향이 달성되는 온도로 휠름을 유지시킨 상태에서 즉시 제2단계에서 양측방향으로 동시에 신장하는 것도 역시 가능하다. 이렇게 하므로서 신장에 악영향을 주는 예열지대(6)와 텀퍼링에 의하여 야기되는 재결정을 피할 수 있다.

동시 신장지대(7)에서 견착장치들은 열가소성 합성수지휠름을 동시에 종방향 및 횡방향으로 잡아당겨 주어서 요망하는 종방향과 횡방향 신장이 이루어진다. 이 견착장치들의 안내와 구동은 일정한 속도로 회전하는 스핀들들에 의하여 행하여진다. 이 스핀들들의 핏치는 점차적으로 증가한다.

또한 이 견착장치들을 요망하는 종, 횡방향 비율에 의거 조정된 선형모터들이나 다른 구동 장치에 의하여 작동시키는 것도 가능하다.

선형모터의 사용은 제1단계에서 종방향으로 신장한 후 제2단계에서의 연신력이 보다 작기 때문에 가능하다. 동시 신장지대(7)는 텀퍼링과 고착지대(8) 바로 앞에 위치하며 이 지대(8)는 여러 가지의 열가소성 합성수지 재료들에 있어서 중요하다. 동시 신장을 위한 모든 장치의 끝에는 열가소성 합성수지 휠름을 열가소성 온도 또는 결정용융온도 이하로 냉각시키므로서 열가소성 합성수지 휠름에 생긴 장력을 동결시키기 위하여 냉각지대(그림에 없음)가 배열되어 있다. 동시 신장장치를 떠난후 열가소성 합성수지 휠름은 권취장치(9)의 로울러에 감긴다.

위에서 설명한 넓고 가느다란 노즐과 직열로 연결된 냉각 시린저들로 이루어진 압출기 대신에 종방향신장장치 앞에 가열장치가 연결될 수 있으며, 이 가열장치는 미리 만들어진 열가소성 휠름판을 신장에 필요한 온도로 가열하는데 사용된다.

특별한 경우 압출기를 최초 휠름판을 제조하기 위한 카렌더로 교체하는 것이 유리할 수도 있다.

본 발명의 방법에 따라서 종방향으로 우수한 기계적 통성을 갖고 있는 예를들어 통상 폴리프로필렌과 같은 폴리오레핀으로 이루어진 열가소성 합성수지휠름을 편리하게 제조할 수 있으며 접착테이프들의 밑판용으로 사용될 수 있다.

본 발명의 방법에서는 동시 양측방향 신장단계에 있어서 휠름의 기계적 특성이 적어도 양측방향에서 균형을 이룰 수 있도록 그러나 주로 종방향으로 보다 우수하게 휠름이 배향되며, 한편 종방향 배향의 대부분이 선행하는 종신장단계에서 이루어진다.

폴리프로필렌으로 만든 휠름의 경우 종방향의 신장도에 따라 2300-3300kp/㎠의 장력치(張力値)가 얻어질 수 있다. 특히 현재까지 실현 불가능했던 2500kp/㎠이상의 장력치가 본 발명의 방법에 의하여 성취될 수 있다. 특히 접착테이프 용도를 위해서는 종방향으로 정확하게 보다 높은 강도가 요구되기 때문에 상기 열가소성 합성수지 휠름은 우수한 기계적 특성을 나타낸다. 그러나 동시신장은 횡방향으로도 좋은결과를 가져오는 바, 이것은 내균열성과 같은 테이프의 실제사용에 중요한 성질면에서 볼 때 더욱 그러하다.

본 발명에 의한 접착테이프는 폴리프로필렌 휠름으로 된 밑판으로 이루어지는데 그것은 제1단계에서 대략 결정용융점 온도하에서 종방향으로 1:2 내지 1:5의 신장도로 신장시키고, 제2단계에서 양측방향으로 동시에 신장시키는바, 이때 총신장도는 종방향으로 1:7 내지 1:10이 되고, 횡방향으로는 1:5 내지 1:7이 되며, 휠름면적의 총신장도는 대략 1:49가 되고, 상기 휠름은 2500 내지 3300kp/㎠의 종방향장력을 갖고 있는 민감한 압착성 접착피복을 하여준다.

본 발명에 따른 방법의 잇점(利點)은 제1단계의 종방향 신장량은 쉽게 변경될 수 있는 반면에 동시신장단계에서의 종방향 신장량은 일정하게 유지될 수 있도록 양측방향으로 신장되는 휠름의 두단계 종신장을 세분하는데 있다. 견착장치를 작동시키는 제2신장장치의 스핀들들은 대단히 낮고 일정하게 점증하는 핏치를 갖고 있기 때문에 견착장치의 종방향 속도는 다만 1:2정도의 비율로 증가한다. 제1신장 및 제2신장장치를 갖는 상기 장치를 사용하므로서 종방향 신장에 작은 변화가 달성될 뿐만 아니라 재료를 바꿀때마다 필요에 따라 1:2에서 대략 1:11의 범위내에서 종방향 신장차(伸張差)를 달성할 수도 있다.

다음의 도표는 균형잡힌 휠름으로 신장시킬 수 있는, 즉 양측방향 신장이 대략 동일하게 최대한으로 이루어질 수 있는 여러 가지 상이한 휠름종류를 보여주고 있다. 이 도표에서는 종신장에 해당하는 것을 표시하고 있다.

[표 Ⅰ]

횡방향으로 낮은 신장도에서 종방향 총신장도는 제1단계 신장을 증가시키므로서 모든 재료에 대하여 용이하게 달성될 수 있다.

상기의 표와 비교를 위하여 독일의 여러 제조업체로부터 시중에 나와있는 여섯 개의 폴리프로필렌에 대한 장력치들을 다음표에 제시하고 있으며, 그 시험대상 휠름의 두께는 20μ(미크론)이다.

[표 Ⅱ]

위 도표에서 보면 상품용으로 제조된 휠름을 위해서 처음에는 종방향으로 다음에는 횡방향으로 연속적 신장에 의하여 실시된 횡방향 신장도와 장력은 종방향에 있어서 보다 높다는 것을 알 수 있다. 그러므로 이 휠름들은 다양한 목적에 부적합한 것이다.

[실시예 1]

10분당 8g의 용해지수 MFI 230/5(DIN 53,735에 의함)을 갖고 있는 폴리프로필렌 입자[＂Hostalen＂(등록상표)＂PPN 1060＂ Farbwerke Hoechst AG제품]가 200㎜직경의 사출기 속에서 용융되어 700㎜의 폭이 넓은 노즐이 통하여 냉각장치(70℃)로 사출되었다.

냉각된 휠름은 900μ의 두께와 650㎜의 폭 및 72℃의 표면온도를 갖었다. 약 150℃로 재가열한 후 휠름은 서로 상이한 표면속도로 회전하는 시린더들 사이에서 종방향으로 1:3.5의 비율로 신장되어서 표면 온도가 대략 80℃에 이를 때까지 냉각되었다. 약 600㎜의 폭과 260μ의 두께를 갖는 상기 휠름은 견착장치에 물려져서 예열지대를 지난 후 종방향으로 1:2, 횡방향으로 1:7의 비율로 동시에 신장되었다. 신장지대에서 점증핏치를 갖고 있고 서로 벌어지는 스핀들에 의하여 상기 휠름이 물려서 이동된다.

열정착(thermofixing)과 냉각과정을 거친 후에 두께 18μ의 휠름이 얻어졌고, 이 휠름의 양측방향 장력치가 2000kp/㎠ 내지 2400kp/㎠이었다.

[실시예 2]

폴리프로필렌 휠름이 제1단계에서 종방향으로 1:3.5 내지 1:5비율로 신장되었고, 제2단계에서 다시 종방향으로 1:2비율로 신장되었다. 제2단계에서 횡방향 신장은 휠름의 표면신장이 약 1:49가 되도록 조정되었다.

비교를 위하여 같은 재료의 휠름이 먼저 종방향으로 14 내지 1:5.5의 신장도로 신장되었고 다음에 표면의 신장이 역시 약 1:49가 되도록 횡방향으로 신장되었다.

결과적으로 다음이 표에서와 같은 수치가 얻어졌다.

[표 Ⅲ]

종방향과 횡방향으로 연속적인 신장이 이루어지는 종래의 방법에서 종방향으로 더 이상 높은 신장을 달성하기는 불가능하였다. 종방향으로 비교적 높은 신장이 이루어지면 다음에 횡방향으로 신장할때에 휠름이 쪼개졌다. 휠름표면을 1:49로 신장시키는 장치가 없었으므로 동시에 양쪽 방향으로 신장된 휠름과의 비교가 불가능했다.

본 발명의 실시태양은 다음과 같다.

1. 종방향 신장장치 내부에서 움직이는 신장로울러들의 속도가 무제한 또는 가변적으로 하는 특허청구범위의 방법.

2. 동시 신장장치 내부에서 휠름이 양쪽 가장자리를 종방향으로 잡아 당기는 견착장치가 선형모터들에 의하여 작동되는 상기 제1항의 방법.

Claims (1)

1. 열가소성 합성수지를 원료로 하여 종횡방향으로 동시 신장된 휠름을 제조하는 방법으로서, 열가소성 합성수지로 휠름을 만들고, 상기 휠름의 재질에 해당하는 열응력 온도범위로 가열하면서, 상기 휠름을 종방향으로 계속 전진시키는 동안 휠름의 종방향 총신장 능력의 50%까지 종방향으로 부분신장시킨 휠름을 계속 전진시키는 동시에 양측 방향 즉 종방향과 상기 종방향에 수직을 이루는 휠름의 횡방향으로 계속 신장시켜서 휠름의 종방향 총신장능력과 횡방향 총신장능력에 도달하도록 신장하며, 그리고 원할때에는 상기 양쪽방향 신장단계를 거친후에 상기 가열된 휠름을 신장된 상태로 유지하면서 휠름을 구성하고 있는 열가소성 재질의 열응력온도범위 보다 높은 온도로 계속 가열하고, 상기 가열된 휠름을 그 열가소성 재질의 열응력온도 범위 이하의 온도로 냉각시키는 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 열가소성 합성수지로 된 압연 휠름의 제조방법.

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